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JPEG2000卫星图像压缩方法的研究与实现

作　者: 肖学敏
导　师: 罗武胜
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: JPEG2000 图像压缩 EBCOT 二维离散小波变换低内存 DSP 定点实现
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 189次
引　用: 1次
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内容摘要

随着卫星遥感技术的发展,高分辨率卫星遥感图像越来越多地应用于国民经济和国防的各个领域。受数传带宽和星上功率的限制,高分辨率图像产生的大量数据必须经过压缩才能适应图像传输和存储的需求。卫星图像压缩技术不同于普通的静态图像压缩,它受硬件约束多,且对实时性要求高。JPEG2000是国际标准化组织(ISO)和国际电子技术联盟(IEC)2000年联合推出的新一代静态图像压缩标准,将近十余年来的数字信号处理优秀成果——小波信号分析理论以及高效灵活的数据组织方式(EBCOT)有机的组合在一起,形成了一套完整的图像压缩标准。对于卫星图像而言,基于小波变换的JPEG2000算法不失为一种较理想遥感图像压缩方案。由于二维离散小波变换的计算量高,所需缓存大,限制了其在星载图像压缩设备中的应用。为此,本文重点对JPEG2000图像压缩方法进行了研究与改进,以便于其对应算法在DSP硬件平台上的定点实时实现,具体包括以下三个方面的工作:(1)对二维离散小波变换的高效计算、低内存实现和定点计算进行研究。提出了一种改进空间组合推举体制算法,该算法大大减少了乘法运算量;分析了各种算法的基于行的低内存实现方式;对算术移位法的定点实现方式以及小波反变换的提升系数进行了改进。(2)通过调整上下文模型和采取符号编码独立的方法,将比特平面扫描中的三通道扫描合并为二通道扫描,进一步优化了图像编码算法。(3)结合DSP的特点,对JPEG2000改进算法进行了优化,提高了算法的并行处理能力。测试实验结果表明,改进后的JPEG2000图像压缩算法与标准算法相比,在保证图像质量的前提下,内存需求及计算量大幅减少,有利于DSP硬件平台的实时实现。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-17
  1.1 引言  12
  1.2 图像压缩编码技术  12-14
  1.3 卫星图像压缩技术的发展现状  14-15
  1.4 课题来源及研究目标  15
  1.5 本文的研究内容及结构安排  15-17
第二章 JPEG2000图像数据压缩原理  17-25
  2.1 JPEG2000基本系统框图  18-19
  2.2 源图像的预处理  19-20
  2.3 小波变换与量化  20-22
  2.4 熵编码  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章低内存、低复杂度二维离散小波变换技术研究  25-41
  3.1 基于提升的二维小波快速算法  25-29
    3.1.1 提升方法  25-26
    3.1.2 CDF9/7提升小波  26-28
    3.1.3 两种典型的快速算法  28-29
  3.2 一种改进的空间组合推举体制算法  29-34
    3.2.1 改进的空间组合推举体制算法  30-32
    3.2.2 算法分析  32-34
  3.3 基于行的低内存实现  34-40
    3.3.1 多级分解的实现方式与内存分析  34-37
    3.3.2 基于行的后拉伸提升算法的实现  37-38
    3.3.3 改进的空间组合推举体制算法的基于行的实现  38-40
  3.4 小结  40-41
第四章 9/7小波的整数实现  41-53
  4.1 整数小波变换  41-45
    4.1.1 CDF9/7整型小波的提升实现  41-42
    4.1.2 根据提升格式构造一种简易9-7小波  42-43
    4.1.3 典型的定点运算  43-45
  4.2 CDF9/7与LS97的定点提升计算  45-52
    4.2.1 二进制实现及其改进  46-48
    4.2.2 算术移位法实现及其改进  48-50
    4.2.3 一种适合LS97小波定点计算的新方法  50-52
  4.3 小结  52-53
第五章 EBCOT编码算法的改进  53-65
  5.1 Tier-1编码算法  53-61
    5.1.1 码块内扫描方式  53-54
    5.1.2 比特平面上的编码通道  54-57
    5.1.3 编码扫描的例子  57-58
    5.1.4 MQ算术编码器  58-61
  5.2 EBC编码扫描的改进  61-64
    5.2.1 独立符号编码方法  61-62
    5.2.2 上下文模型的改进  62-63
    5.2.3 EBC改进后的子位平面扫描  63-64
  5.3 小结  64-65
第六章 JPEG2000图像压缩算法的DSP并行实现  65-77
  6.1 DSP软件设计  65-67
    6.1.1 CCS集成开发环境  65-66
    6.1.2 软件设计技术路线  66-67
  6.2 DSP并行实现基础及优化技术  67-71
    6.2.1 数字信号处理器概述  67-69
    6.2.2 优化技术  69-71
  6.3 改进JPEG2000图像压缩算法的DSP并行实现  71-75
    6.3.1 小波变换的并行处理与优化  71-73
    6.3.2 编码扫描的并行处理与优化  73-75
  6.4 实验研究  75-77
    6.4.1 压缩质量评价  75
    6.4.2 执行时间比较  75-77
第七章总结  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
作者在学期间取得的学术成果  82

JPEG2000卫星图像压缩方法的研究与实现

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